Вакуумметр іонізаційний

Робота іонізаційних манометричних перетворювачів грунтується на іонізації газу електронним потоком та вимірюванні іонного струму по котрому судять про тиск.

Дія манометра грунтується на іонізації молекул розрідженого газу електронами, що емітуються розжареним катодом. Іонний струм, який є результатом іонізації, вимірюється підсилювачем постійного струму. При постійному струмі емісії електронів та постійній прискорюючій напрузі на сітці лампи число утворених іонів буде пропорційне молекулярній концентрації газу в міжелектродному просторі лампи. Додатні йони будуть збиратися на аноді лампи.

Перетворювачем цього приладу служить іонізаційний манометр, що має структуру тріода (рис. 5). У скляному балоні змонтована трьохелектродна система, що складається з колектора іонів, анодної сітки і катода з прямим розжаренням. На анодну сітку подається напруга +200 В відносно катода, а на циліндричний колектор -50 В. Анодна сітка виконана з вольфрамової нитки у вигляді спіралі. При прогріві перетворювача і його знегаженні оп спіралі пропускають струм 3 А.

Рис. 5. Схема іонізаційного манометра.

Вольфрамовий катод перетворювача випускає електрони, котрі прискорюються електричним полем і рухаються до анодної сітки. Частина електронів пролітають через анодну сітку і попадають у простір між анодною сіткою і колектором. Оскільки колектор має негативний потенціал відносно катода, електрони зупиняються і починають рух назад до анодної сітки. В результаті біля сітки коливаються електрони, причому перш, ніж потрапити на неї, електрони здійснюють в середньому 5 коливань. При зіткненні електронів з молекулами газу відбувається іонізація молекул. Утворені при цьому позитивні йони, потрапляючи на колектор, створюють в його колі електричний струм. Як показує дослід, при досить низьких тисках (нижчих 10^-3 мм рт.ст.) іонний струм колектора є прямо пропорційний тиску газу.

Робоча область тисків, що вимірюються звичайними іонізаційними манометрами, простягається від 10^-3 до 10^-8 мм рт.ст. Верхня межа зумовлена тим, що при тисках понад 10^-3 мм рт. ст. помітно зменшується термін служби катода через окислення. Крім того, градуювальна крива при вищих тисках відхиляється від прямолінійної. Це пояснюється тим, що середня відстань, на якій один електрон створює пару іон-електрон (ефективна довжина іонізації), стає співмірною з довжиною пробігу електрона у просторі іонізації і вторинними струмами, що створюються іонізацією газу, уже не можна нехтувати у порівнянні з електронним струмом.

5. Вакуумна система лабораторної установки вуп-4.

Вакуумний універсальний пост призначений для здійснення операцій електронно-мікроскопічного препарування, пов’язаних з розпиленням матеріалів у вакуумі.

Рис.6. Вакуумний універсальний пост ВУП-4.

Вакуумний пост (рис.6) складається з правої вакуумної стійки 1 та лівої електричної стійки 2. У вакуумній стійці розміщені вакуумна система і система електроживлення пристрою термічного випаровування.

На ВУП-4 реалізована типова конструкція вакуумної системи (рис.7), котра слугує для створення високого вакууму (залишковий тиск 10^-5 Па) у робочому об’ємі. Аналогічні конструкції вакуумної системи використовуються на сучасних просвічуючих електронних мікроскопах.

Основними частинами системи є:

- робочий об’єм, у котрому здійснюється препарування об’єктів;

- вакуумний механічний насос;

- дифузійний паромасляний насос;

- буферний балон;

- електромагнітні вентилі МВ1, МВ2;

- перетворювач манометричний термопарний ПМТ-4М;

- перетворювач манометричний іонізаційний ПМИ-2.

З’єднання основних частин вакуумної системи здійснюється вакуумними гумовими шлангами чи металічними патрубками з вакуумними ущільнювачами у місцях з’єднань.

Рис.7. Схема вакуумної системи лабораторної установки ВУП-4.

Конструкція вакуумної системи забезпечує чотири різних режими роботи при експлуатації приладу:

- відкачка робочого об’єму до попереднього вакууму;

- відкачка робочого об’єму до високого вакууму;

- робота вакуумного механічного насосу в режимі «сам на себе»;

- напуск повітря у робочий об’єм.

Дифузійний паромасляний насос 1 відкачується механічним насосом 2 через електромагнітний вентиль МВ2 і буферний балон 4. Дифузійний насос відсікається від робочого об’єму 5 за допомогою високовакуумного клапана 6. Напуск повітря у робочий об’єм здійснюється з допомогою гвинта 7. Вимірювання вакууму у робочому об’ємі здійснюється манометричним термопарним перетворювачем 8. У таблиці 1 приведена циклограма роботи електромагнітних вентилів.

Таблиця 1. Циклограма роботи електромагнітних вентилів.

Кнопка управління	Режим роботи	Клапан МВ 1	Клапан МВ 2
„ПВ”	Попередній вакуум у робочому об’ємі	відкритий	закритий
„ВВ”	1. Підготовка дифузійного насоса. 2. Високий вакуум у робочому об’ємі	закритий	відкритий
„О”	Зупинка	закритий	закритий

Контрольні запитання

1. Вакуумні насоси, принцип роботи котрих ґрунтується на використанні закона Бойля-Маріотта.

2. Молекулярні насоси. Принцип роботи.

3. Манометри, робота котрих грунтується на використанні теплопровідності газів.

4. Іонізаційні манометри. Види і характеристики.

5. Вакуумні пастки, їх призначення.

6. Принципи роботи вакуумної системи, реалізованої на лабораторній установці ВУП-4. Призначення і послідовність включення кожного елемента конструкції вакуумної системи.

Завдання

1. Ознайомитися з будовою і принципом роботи вакуумних насосів, а також з методами вимірювання вакууму.

2. Розібрати принцип роботи вакуумної системи вакуумного універсального поста ВУП-4.

3. Отримати високий вакуум у робочому об’ємі лабораторної установки ВУП-4.

Порядок виконання роботи

1. Включити кнопку «сеть»;

2. Перевірити клапан напуску повітря – він повинен знаходитися у закритому положенні;

3. Закрити ковпаком робочий столик;

4. Відкрити вентиль подачі води для охолодження дифузійного насоса;

5. Включити механічний насос кнопкою «ФН»”;

6. Через 2-3 хв відкрити вентиль МВ2;

7. При досягненні тиску у вакуумній системі порядку 10^-2 мм рт.ст. включити дифузійний насос кнопкою «ДН»;

8. Через 30-40 хв (час підготовки до роботи дифузійного насоса) закрити вентиль МВ2 и відкрити вентиль МВ1;

9. При досягненні тиску у робочому об’ємі 10^-2 мм рт.ст. закрити вентиль МВ1 і відкрити вентиль МВ2;

10. Відкрити високовакуумний клапан;

11. Провести вимірювання тиску у робочому об’ємі за допомогою перетворювача манометричного іонізаційного ПМИ-2.

12. Для завершення роботи закрити високовакуумний клапан;

13. Відключити дифузійний насос;

14. Через 20-30 хв. закрити вентиль МВ2;

15. Виключити механічний насос;

16. Закрити вентиль подачі води.